?22.8 溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)
22.8.1 概述
常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)，夏季普遍采用熱濕耦合的控制方法，對空氣進行降溫與除濕處理，同時去除建筑物內(nèi)的顯熱負荷與潛熱負荷。經(jīng)過冷凝除濕處理后，空氣的濕度(含濕量)雖然滿足要求，但溫度過低，有時還需再熱才能滿足送風溫濕度的要求。
常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)通常很難避免表22.8-1所列出的這些問題。
常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)存在的主要問題 表22.8-1
序號 問 題 問 題 描 述 說 明
1 熱濕聯(lián)合處理的損失 夏季人體舒適區(qū)一般為t=25oC，φ=60%左右，此時露點溫度約為16.6oC。常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的排熱、排濕，大都是通過對空氣進行冷卻和冷凝除濕完成的。如果空調(diào)送風僅需滿足室內(nèi)排熱的要求，則冷源的溫度低于室內(nèi)空氣的干球溫度(25oC)即可，考慮傳熱溫差與介質(zhì)的輸送溫差，冷源的溫度只需要15~18oC。如果空調(diào)送風需滿足冷凝除濕要求，冷源的溫度需要低于室內(nèi)空氣的露點溫度，考慮5oC傳熱溫差和5oC介質(zhì)輸送溫差，實現(xiàn)16.6oC的露點溫度需要6.6oC的冷源溫度，所以，常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)都采用5~7oC冷水的原因(直接蒸發(fā)時冷凝溫度也多在5oC) 空調(diào)排熱、排濕的任務，可以看成是從25oC 環(huán)境中向外界抽取熱量，在16.6oC的露點溫度的環(huán)境下向外界抽取水分。
在空調(diào)系統(tǒng)中，顯熱負荷(排熱)約占總負荷的50~70%，而潛熱負荷(排濕)約占總負荷的30~50%。占總負荷一半以上的顯熱負荷部分，本可以采用高溫冷源排走的熱量卻與除濕一起共用5~7oC的低溫冷源進行處理，造成能量利用品位上的浪費。而且，經(jīng)過冷凝除濕后的空氣雖然濕度(含濕量)滿足要求，但溫度過低(此時相對濕度約為90%)，還需要對空氣進行再熱處理，使之達到送風溫度的要求。這就造成了能源的進一步浪費與損失
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難以適應熱濕比的變化 通過冷凝方式對空氣進行冷卻和除濕，吸收的顯熱與潛熱比只能在一定的范圍內(nèi)變化，圖22.8-1中N、B、W圍成的三角形區(qū)域(其中室內(nèi)空氣的狀態(tài)點為N，對應的露點為B，冷水的狀態(tài)點為W)。而建筑物實際需要的熱濕比卻在較大的范圍內(nèi)變化。室內(nèi)的濕量一般來源于人體，當人數(shù)不變時，產(chǎn)生的潛熱量不變。但顯熱卻隨氣候、設備使用狀況等發(fā)生大幅度的變化。在另一些場合，室內(nèi)人數(shù)有可能有較大的變化，但很難與顯熱量的變化成正比。這種變化的顯熱與潛熱比與冷凝除濕的空氣處理方式的基本固定的顯熱潛熱比也構成不匹配問題。對這種情況，一般是犧牲對濕度的控制，通過僅滿足室內(nèi)溫度的要求來妥協(xié) 這樣，就會造成室內(nèi)相對濕度過高或過低的現(xiàn)象。過高的結(jié)果是不舒適，進而降低室溫設定值，通過降低室溫來改善熱舒適，造成能耗不必要的增加(由于室內(nèi)外溫差加大而加大了通過圍護結(jié)構的傳熱和處理新風的能量);相對濕度過低也將導致由于與室外的焓差增加使處理室外新風的能耗增加。在一些情況下為協(xié)調(diào)熱濕矛盾，還需要對降溫除濕后的空氣進行再加熱，這更造成不必要的能源消耗。冷凝除濕的本質(zhì)就是靠降溫使空氣冷卻到露點而實現(xiàn)除濕，因此降溫與除濕必然同時進行，很難隨意改變二者之比。這樣，要解決空氣處理的顯熱與潛熱比與室內(nèi)熱濕負荷相匹配的問題，就需要尋找新的除濕方法
3 對環(huán)境及室內(nèi)空氣品質(zhì)的影響 常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)大都依靠空氣通過冷表面進行降溫除濕，因此不可避免的會出現(xiàn)潮濕表面甚至產(chǎn)生積水，空調(diào)停機后這樣的潮濕表面就成為霉菌繁殖的最好場所。從而使空調(diào)系統(tǒng)成為空調(diào)可能引起健康問題的主要原因。
排除室內(nèi)裝修與家具產(chǎn)生的VOC、排除人體散發(fā)的異味、降低室內(nèi)CO2濃度，最有效的措施是加大室內(nèi)通風換氣量，即引入室外空氣、排除室內(nèi)空氣。然而大量引入室外空氣就需要消耗大量冷量(在冬季為熱量)去對室外空氣降溫除濕(冬季為加熱) 實現(xiàn)空氣除濕而不出現(xiàn)潮濕表面，構建無霉菌的健康空調(diào)系統(tǒng)，是當今空調(diào)面臨的一個重要課題。
通常(建筑物圍護結(jié)構性能較好，室內(nèi)發(fā)熱量不大時)，處理室外空氣需要的冷量約占總冷量的1/2左右。進一步加大室外新風量，就意味空調(diào)能耗將加大。
近30年來，國內(nèi)外在人均室外空氣供給量一直上下反復，如美國標準從人均25m3/h到能源危機后的10m3/h，現(xiàn)又重新上升至30m3/h，而丹麥由于室外無高熱高濕氣候，其新風標準則為90 m3/h/p。怎樣能夠加大室外新風量而又不增加空調(diào)處理能耗?這又是目前空調(diào)面對的嚴峻問題
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能源供給與品位問題
空調(diào)耗電占到建筑總耗電的40%左右，怎樣節(jié)省空調(diào)耗電成為重要的課題。隨著能源問題的日益嚴峻，迫切需要以低品位熱能作為夏季空調(diào)的動力。目前北方地區(qū)大量的熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)在夏季由于無熱負荷而無法運行，使得電力負荷出現(xiàn)高峰的夏季熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電設施反而停機，或者按純發(fā)電模式低效運行。如果可以利用這部分熱量驅(qū)動空調(diào)，既能節(jié)省空調(diào)電耗，又可使熱電聯(lián)產(chǎn)電廠正常運行，增加發(fā)電能力。這樣既可減緩夏季供電壓力，又能提高能源利用率，是熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)展的關鍵。
目前全球供電系統(tǒng)陸續(xù)出現(xiàn)的事故使我們更重視供電安全性。建筑物內(nèi)設置燃氣發(fā)動機，帶動發(fā)電機發(fā)電承擔建筑的部分用電負荷，同時利用發(fā)動機的余熱解決建筑的供熱/冷問題(BCHP:Building Combined Heat & Power generation)是今后建筑物能源系統(tǒng)的最佳解決方案之一 此種方式目前需解決的問題之一是怎樣用余熱制冷或直接解決空氣的冷卻去濕，采用吸收式制冷有時并非最佳方案。優(yōu)化BCHP的一個重要課題是使熱電冷負荷的彼此匹配。當建筑物電力負荷出現(xiàn)高峰而無相應的熱負荷或冷負荷時，發(fā)動機由于排熱量無法充分利用而不能充分投入運行滿足電負荷要求。當建筑物出現(xiàn)電力負荷低谷而熱負荷或冷負荷高峰時，如果不能發(fā)電上網(wǎng)，發(fā)動機也由于電力無處使用而不能充分投入來滿足熱量的需求。其結(jié)果就導致BCHP僅能承擔電負荷與熱負荷相重合的這一小部分負荷。采用能量蓄存裝置儲存暫時多出的能量，就會大大緩解這一矛盾。但是怎樣才能實現(xiàn)最高體積利用率的儲存能量是一個非常關鍵的問題。冰蓄冷方式被認為是在建筑物內(nèi)最有效的蓄能方式，并廣泛使用?？墒抢肂CHP系統(tǒng)的余熱制冰就難以采用目前普遍的吸收式制冷方式。制冰溫度遠低于空調(diào)溫度，也使總的能源利用率降低
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輸送能耗問題
為了完成室內(nèi)環(huán)境控制的任務就需要有輸配系統(tǒng)，帶走余熱、余濕、CO2、氣味等。在中央空調(diào)系統(tǒng)中，風機、水泵消耗了40~70%的整個空調(diào)系統(tǒng)的電耗 采用不同的輸配方式、采用不同的輸配媒介，輸配系統(tǒng)的效率存在著明顯的差異，采用空氣作為媒介的輸送能源消耗是水作為媒介的5~10倍。在目前中央空調(diào)系統(tǒng)中，不少采用全空氣系統(tǒng)的形式，所有的冷量全部用空氣來傳送，導致輸配效率很低
圖22.8-1 冷凝除濕的處理范圍
此外，還有冬、夏采用不同的室內(nèi)末端裝置，導致室內(nèi)重復安裝兩套環(huán)境控制系統(tǒng)，分別供冬夏使用等等。由上述各類問題可見，空調(diào)的廣泛需求、人居環(huán)境健康的需要和能源系統(tǒng)平衡的要求，對目前空調(diào)方式提出了挑戰(zhàn)。新的空調(diào)應該具備的特點為:
◆ 加大室外新風量，能夠通過有效的熱回收方式，有效的降低由于新風量增加帶來的能耗增大問題;
◆ 減少室內(nèi)送風量，部分采用與采暖系統(tǒng)公用的末端方式;
◆ 取消潮濕表面，采用新的除濕途徑;
◆ 少用電能，以低品位熱能為動力;
◆ 能夠?qū)崿F(xiàn)高體積利用率的高效蓄能;
◆ 能夠?qū)崿F(xiàn)各種空氣處理工況的順利轉(zhuǎn)換。
22.8.2 系統(tǒng)運行策略
1. 室內(nèi)環(huán)境控制系統(tǒng)的任務
室內(nèi)環(huán)境控制系統(tǒng)的任務是提供舒適、健康的室內(nèi)環(huán)境。舒適、健康的室內(nèi)環(huán)境要求室內(nèi)溫度、濕度、空氣流動速度、潔凈度和空氣品質(zhì)都控制在一定范圍內(nèi)。室內(nèi)環(huán)境控制的任務也可以理解為:排除室內(nèi)余熱、余濕、CO2、室內(nèi)異味與其它有害氣體，使其參數(shù)在上述規(guī)定的范圍內(nèi)。排除余熱可以采用多種方式實現(xiàn)，只要介質(zhì)的溫度低于室溫即可實現(xiàn)降溫效果，可以采用間接接觸的方式(輻射板等)，又可以通過低溫空氣的流動置換來實現(xiàn)。排除余濕的任務，就不能通過間接接觸的方式，而只能通過低濕度的空氣與房間空氣的置換(質(zhì)量交換)來實現(xiàn)。排除CO2、室內(nèi)異味與其它有害氣體與排除余濕的任務相同，需要通過低濃度的空氣與房間空氣進行質(zhì)量交換才能實現(xiàn)。
室內(nèi)余熱的來源為:通過圍護結(jié)構傳入室內(nèi)的熱量、透過外窗進入室內(nèi)的太陽輻射熱量、人員與設備散熱量等;室內(nèi)余濕的來源為:人體散濕量、室內(nèi)潮濕表面的散濕量、食品或其他物料的散濕量等。一般室內(nèi)余度的變化。
排除室內(nèi)余濕的方法，通常為向室內(nèi)輸送干燥空氣。對于以人員活動為主的建筑而言，要求新風去除的室內(nèi)余濕量，就等于室內(nèi)人員的散濕量;因此余濕量與人數(shù)呈正比;但室內(nèi)的余熱卻隨氣候、室內(nèi)設備狀況等的不同發(fā)生較大幅度的變化。因而需要送風含濕量滿足下列關系式:
(2.28-1)
因此，送風含濕量 (g/kg)為:
(2.28-2)
圖22.8-2給出了室內(nèi)設定參數(shù)為25oC、相對濕度為55%(含濕量為10.8 g/kg)情況下，送風含濕量隨不同勞動強度與人均新風量的變化趨勢。對于普通辦公室，當人均新風量為40 m3/h時，要求的送風與室內(nèi)排風含濕量差為2.1 g/kg，因此所要求的送風含濕量為10.8-2.1=8.7 g/kg。如果要求新風同時帶走人員的顯熱負荷，在25oC下辦公室人員的顯熱散熱量為65 W/人，當人均新風量為40 m3/h時，為去除人員的余熱，所需要的送風溫差為4.9oC，即新風的送風溫度為25-4.9=20.1oC。
圖22.8-2 送風含濕量隨人均新風量變化曲線
對于舒適性空調(diào)系統(tǒng)，室內(nèi)CO2和水蒸氣的來源主要是人。表22.8-2給出了不同勞動強度時排除室內(nèi)余濕所需的新風量的變化情況(室內(nèi)溫度為25℃，室內(nèi)的含濕量與送風含濕量的差值為2.5g/kg)。
當室外環(huán)境的CO2濃度為300ppm時，根據(jù)排濕確定的新風量，可以使室內(nèi)環(huán)境的CO2濃度保持在850~950ppm之間;當室外環(huán)境的CO2濃度為500ppm時，根據(jù)排濕確定的新風量，可以使室內(nèi)環(huán)境的CO2濃度保持在1000~1150范圍內(nèi)，基本滿足室內(nèi)空氣品質(zhì)的要求。
當根據(jù)排除CO2要求確定的新風量所能帶走的余濕量，室內(nèi)的相對濕度可維持在52~59%之間，能夠滿足室內(nèi)濕度的要求。也就是可以根據(jù)測量得到的CO2濃度確定送風量，從而同時控制室內(nèi)的空氣品質(zhì)與濕度滿足要求。反之，也可以根據(jù)含濕量確定新風量，從而達到同時控制室內(nèi)濕度和CO2濃度的要求。
排除室內(nèi)余濕所需新風量 表22.8-2
勞動強度 散濕量 CO2排放量 新風量 新風帶走的CO2量① 新風帶走的CO2量②
g/(h?p) m3/(h?p) m3/(h?p) m3/(h?p) m3/(h?p)
靜 坐 61 0.013 20.3 0.014 0.010
極輕勞動 102 0.022 34.0 0.024 0.017
輕 勞 動 175 0.030 58.3 0.041 0.029
中等勞動 227 0.046 75.7 0.053 0.038
重 勞 動 400 0.074 133.3 0.093 0.067
注:① 環(huán)境中CO2濃度為300ppm，室內(nèi)外CO2濃度差為700ppm;
② 環(huán)境中CO2濃度為500ppm，室內(nèi)外CO2濃度差為500ppm。
2. 溫濕度獨立控制的空調(diào)系統(tǒng)
空調(diào)系統(tǒng)承擔著排除室內(nèi)余熱、余濕、CO2與異味的任務。由于排除室內(nèi)余熱與排除CO2、異味所需要的新風量與變化趨勢一致，因此，可以通過新風同時滿足排除余濕、CO2與異味的要求;而排除室內(nèi)余熱的任務則通過其它的系統(tǒng)(獨立的溫度控制方式)實現(xiàn)。由于無需承擔除濕的任務，因而可用較高溫度的冷源即可實現(xiàn)排除余熱的控制任務。
溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的特點是:采用溫度與濕度兩套獨立的空調(diào)控制系統(tǒng)，分別控制、調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度與濕度。其優(yōu)點是:
◆ 避免了常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)中熱濕聯(lián)合處理所帶來的損失。
◆ 由于溫度、濕度采用獨立的控制系統(tǒng)，可以滿足不同房間熱濕比不斷變化的要求。
◆ 克服了常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)中難以同時滿足溫、濕度參數(shù)要求的致命弱點。
◆ 能有效地避免出現(xiàn)室內(nèi)濕度過高或過低的現(xiàn)象。
◆ 過渡季節(jié)能充分利用自然通風來帶走余濕，保證室內(nèi)較為舒適的環(huán)境，縮短空調(diào)系
統(tǒng)運行時間。
在溫濕度獨立控制情況下，自然通風可采用以下的運行模式:
◇ 當室外溫度和濕度均低于室內(nèi)要求的溫濕度時，直接采用自然風來解決建筑的排熱排濕;
◇ 當室外溫度高于室內(nèi)溫度、但濕度低于室內(nèi)要求的濕度時，采用自然風滿足建筑排濕要求，利用輻射板或風機盤管等末端裝置解決室內(nèi)溫度問題;
◇ 當室外濕度高于室內(nèi)濕度時，關閉自然通風，采用機械方式解決室內(nèi)空調(diào)要求。
當采用機械方式時，除濕系統(tǒng)把新風處理到足夠干燥的程度，可用來排除室內(nèi)人員和其它產(chǎn)濕源產(chǎn)生的水分，同時還作為新風承擔排除CO2、室內(nèi)異味等保證室內(nèi)空氣質(zhì)量的任務。一般來說，這些排濕、排有害氣體的負荷僅隨室內(nèi)人員數(shù)量而變化，因此可采用變風量方式，根據(jù)室內(nèi)空氣的濕度或CO2濃度調(diào)節(jié)風量;而室內(nèi)的顯熱則通過另外的系統(tǒng)來排除(或補充)，由于這時只需要排除顯熱，因此就可以采用較高溫度的冷源通過輻射、對流等多種方式實現(xiàn)。
溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)基本上由處理顯熱與處理潛熱的兩個系統(tǒng)組成，兩個系統(tǒng)獨立調(diào)節(jié)，分別控制室內(nèi)的溫度與濕度，如圖2.28-3所示。
圖22.8-3 溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)
處理顯熱的系統(tǒng)包括:高溫冷源、消除余熱的末端裝置，以水作為輸送媒介。由于除濕的任務由處理潛熱的系統(tǒng)承擔，因而顯熱系統(tǒng)的冷水供水溫度不再是常規(guī)冷凝除濕空調(diào)系統(tǒng)中的7oC，而可以提高到18oC左右，從而為天然冷源的使用提供了條件，即使采用機械制冷方式，制冷機的性能系數(shù)也有大幅度的提高。消除余熱的末端裝置可以采用輻射板、干式風機盤管等多種形式，由于供水溫度高于室內(nèi)空氣的露點溫度，因而不存在結(jié)露的危險。
處理潛熱的系統(tǒng)，同時承擔去除室內(nèi)CO2、異味等保證室內(nèi)空氣質(zhì)量的任務。該系統(tǒng)由新風處理機組、送風末端裝置組成，采用新風作為能量輸送的媒介。在處理潛熱的系統(tǒng)中，由于不需要處理溫度，因而濕度的處理可能有新的節(jié)能高效方法。由于僅是為了滿足新風和濕度的要求，溫濕度獨立控制系統(tǒng)的風量，遠小于變風量系統(tǒng)的風量。
22.8.3 系統(tǒng)的主要組成部件
溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的主要組成部件有:
(1)控制濕度的干燥新風處理系統(tǒng)，如溶液除濕、轉(zhuǎn)輪除濕等方式處理新風;
(2)末端送風系統(tǒng)，如置換送風、個性化送風等;
(3)排除室內(nèi)余熱的高溫冷源，如深井水、土壤源換熱器等天然冷源、制備高溫冷水(出水溫度為18℃)的制冷機組等;
(4)去除顯熱的室內(nèi)末端裝置，如輻射板方式、干式風機盤管等。
1. 新風處理方式
溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)中，需要新風處理機組提供干燥的室外新風，以滿足排濕、排CO2、排味和提供新鮮空氣的需求。采用轉(zhuǎn)輪除濕方式是一種可能的解決途徑，通過在轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)芯中添加吸濕性能的固體材料(如硅膠等)，被處理空氣與固體吸濕材料直接接觸從而完成對空氣的除濕過程。吸濕材料的再生可選用電或者蒸汽等方式，再生溫度一般在120℃左右。轉(zhuǎn)輪的除濕過程接近等焓過程，參見圖22.8-4，減濕加熱后的空氣可進一步通過高溫冷源(18℃)冷卻降溫，從而實現(xiàn)溫度與濕度的獨立控制。
采用溶液除濕方式也是可行的途徑之一，將空氣直接與具有吸濕的鹽溶液接觸(如溴化鋰溶液等)，空氣中的水蒸氣被鹽溶液吸收，從而實現(xiàn)空氣的除濕處理過程。溶液除濕與轉(zhuǎn)輪除濕機理相同，僅由吸濕溶液代替了固體轉(zhuǎn)輪。由于可以改變?nèi)芤旱臐舛取囟群?a target="_blank" >氣液比，因此與轉(zhuǎn)輪相比，這一方式還可實現(xiàn)對空氣的加熱、加濕、降溫、除濕等各種處理過程。與轉(zhuǎn)輪相同，吸濕后的溶液需要濃縮再生才能重新使用，但溶液的濃縮再生可采用70~80℃的熱水、冷凝器的排熱等低品位熱能作為其驅(qū)動能源。熱泵驅(qū)動的溶液式新風機(有關溶液式新風機的介紹，參見第21.7.7節(jié))，熱泵的制冷量用于降低除濕溶液的溫度從而提高其除濕性能，熱泵的排熱量用于溶液的濃縮再生，新風機的性能系數(shù)COP超過5;熱水驅(qū)動(≥70℃)的新風機，平均性能系數(shù)COP可達1.5;而且由于溶液的蓄能密度約為1000MJ/m3，其蓄能密度高于冰蓄冷，使得除濕過程與再生可以分別運行，降低了對于持續(xù)熱源的依賴程度。
圖22.8-4 溶液除濕與冷凝除濕、轉(zhuǎn)輪除濕處理過程
(O-室外空氣;R-室內(nèi)空氣;S-送風狀態(tài)點)
2. 送風末端裝置
在溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)中，采用新風承擔排除室內(nèi)余濕，保證室內(nèi)空氣質(zhì)量的任務。由于僅是為了滿足新風和濕度的要求，如果人均風量40 m3/h，每人5m2面積，則換氣次數(shù)只在2~3 h-1，遠小于開度較小的位置，增大了整個送風系統(tǒng)的阻力，造成了能源的浪費，因此建議末端采用風機來調(diào)節(jié)風量。由于末端阻力以及風量都較小，因此一般選用效率較高的直流無刷風機，負責克服末端阻力，而空調(diào)箱以及送風管道的阻力則全部由總送風機(由于風量以及需要的壓頭較大，一般采用交流變頻風機)來克服。
對于采用直流無刷電機驅(qū)動的末端風機，可以通過調(diào)節(jié)輸入電壓(電流)等方法來改變風機轉(zhuǎn)速從而改變風量。在實際運行過程中，當室內(nèi)濕源發(fā)生變化的時候(可采用相對濕度傳感器或者CO2傳感器)，可以通過調(diào)節(jié)風機的轉(zhuǎn)速或者改變風機的開啟數(shù)量(對于閥門調(diào)節(jié)的末端就是調(diào)節(jié)閥門的開度)，從而調(diào)整風量滿足室內(nèi)相對濕度或者CO2濃度的要求。末端控制系統(tǒng)的原理圖見22.8-5(圖中的風機也可以換作閥門)。
圖22.8-5 送風末端控制系統(tǒng)示意圖
(1-電壓調(diào)節(jié)器;2-傳感器)
3. 高溫冷源的制備
由于潛熱由單獨的新風處理系統(tǒng)承擔，因而在溫度控制系統(tǒng)中，采用約18℃的冷水即可滿足降溫要求。此溫度要求的冷水為很多天然冷源的使用提供了條件，如深井水、通過土壤源換熱器獲取冷水等，深井回灌與土壤源換熱器的冷水出水溫度與使用地的年平均溫度密切相關，表22.8-3給出了我國一些主要城市的年平均溫度，可以看出:不少地區(qū)可以直接利用該方式提供18℃冷水。在某些干燥地區(qū)(如新疆等)可以通過直接蒸發(fā)或間接蒸發(fā)的方法制取18℃冷水(參見第22.8.5節(jié) 間接蒸發(fā)制冷的冷水機組)。
我國一些城市年平均溫度(oC) 表22.8-3
城市名稱 哈爾濱 長春 西寧 烏魯木齊 呼和浩特 拉薩 沈陽
年平均溫度 3.6 4.9 5.7 5.7 5.8 7.5 7.8
城市名稱 銀川 蘭州 太原 北京 天津 石家莊 西安
年平均溫度 8.5 9.1 9.5 11.4 12.2 12.9 13.3
城市名稱 鄭州 濟南 洛陽 昆明 南京 貴陽 上海
年平均溫度 14.2 14.2 14.6 14.7 15.3 15.3 15.7
城市名稱 合肥 成都 杭州 武漢 長沙 南昌 重慶
年平均溫度 15.7 16.2 16.2 16.3 17.2 17.5 18.3
城市名稱 福州 南寧 廣州 臺北 ?？?/p>
年平均溫度 19.6 21.6 21.8 22.1 23.8
即使采用機械制冷方式，由于要求的壓縮比很小，制冷機的COP將有大幅度的提高。圖22.8-6是熱管，優(yōu)化設計離心式壓縮機葉輪和軸承，具有非常高的性能系數(shù)COP。當冷凍水進、出水溫度為21/18℃、冷卻水進、出水溫度為37/32℃時，其COP =7.1，在部分負荷條件下或冷卻水溫度降低時，其性能則更為優(yōu)越。
(a)微型離心式高溫冷水機組 (b)性能曲線
圖22.8-6 高溫冷水機組
4. 去除顯熱的末端裝置
去除顯熱的末端裝置可采用較高溫度的冷源通過輻射、對流等多種方式實現(xiàn)。當室內(nèi)設定溫度為25℃時，采用屋頂或垂直表面輻射方式，即使平均冷水溫度為20℃，每平方米輻射表面仍可排除顯熱40 W/m2，已基本可滿足多數(shù)類型建筑排除圍護結(jié)構和室內(nèi)設備發(fā)熱量的要求。由于水溫一直高于室內(nèi)露點溫度，因此不存在結(jié)露的危險和排凝水的要求。此外，還可以采用干式風機盤管通入高溫冷水排除顯熱。由于不存在凝水問題，干式風機盤管可采用完全不同的結(jié)構和安裝形式，參見圖22.8-7;這可使風機盤管成本和安裝費大幅度降低，并且不再占用吊頂空間。這種末端方式在冬季可完全不改變新風送風參數(shù)，仍由其承擔室內(nèi)濕度和CO2的控制。
(a) 仿吊扇形式 (b) 貫流式 (c) 自然對流式
圖22.8-7 干式風機盤管
干式風機盤管的典型設計思路是:(1)可選取較大的設計風量;(2)選取較大的盤管換熱面積、但較少的盤管排數(shù)、以降低空氣側(cè)流動阻力;(3)選用大流量、小壓頭、低電耗的貫流風機或 若將常規(guī)的濕式風機盤管直接使用在干工況情況下，則可根據(jù)產(chǎn)品樣本中給出的標準工況下的供熱量及供回水溫度差由式(22.8-3)反算出風機盤管的傳熱能力KF。繼而根據(jù)供冷工況下的設計供水溫度，由式(22.8-4)得到干工況下的實際供冷量。 (22.8 3) (22.8-4) 式中 Qh- 標準工況下的供熱量，W; Qc- 干工況下的供冷量，W; F- 傳熱面積，m2; K- 傳熱系數(shù)，W/m2?oC; Δtm,h、Δtm,c-供熱與供冷工況下的對數(shù)平均溫差，oC。 表22.8-4給出了兩種型號的風機盤管在干工況下的性能參數(shù)與樣本額定值。由計算結(jié)果可以看出，在給定供回水溫度的情況下，同一盤管干工況的供冷量約為濕工況的40%。但由于不需要除濕，盤管所需承擔的負荷減小，實際增加的盤管面積需根據(jù)工況進行核算。 風機盤管在不同工況下的工作性能 表22.8-4 型 號 干工況 (冷水供回水溫度為17/21oC) 濕工況 (冷水供回水溫度為7/12oC) FP-5 FP-10 FP-5 FP-10 額 定 風 量 (m3/h) 619 1058 619 1058 室 內(nèi) 狀 態(tài) 干球溫度:26oC，相對濕度:50% 送 風 溫 度 (oC) 20.7 20.6 14.2 14.0 送風相對濕度( %) 69 69 95 95 冷 量 (W) 1102 1914 2976 5312 22.8.4 運行能耗分析 在溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)中，新風系統(tǒng)承擔了所有的潛熱負荷;18℃的冷水供給輻射板或干式風機盤管等室內(nèi)末端裝置承擔顯熱負荷。表22.8-5給出了溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)耗電量與運行費用的比較情況。常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)是指:采用電動制冷冷水機組制備7℃冷水，同時去除顯熱負荷與潛熱負荷(不考慮冷熱抵消問題)，機組耗電量 為: (22.8-5) 溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)運行能耗比較 表22.8-5 系統(tǒng) 溫濕度獨立控 制空調(diào)系統(tǒng) 溫濕度獨立控制系統(tǒng)與 常規(guī)系統(tǒng)運行能耗比較 備 注 1 潛熱負荷:熱泵驅(qū)動的溶液除濕新風機組，機組耗電量 ; ; ; 當x1=0.3時， ; 當x1=0.5時， 。 [如果顯熱負荷由土壤源換熱器或地下水等天然冷源提供，則當x1=0.3或0.5時， ] 2 潛熱負荷:70℃熱水驅(qū)動的溶液除濕新風機組，機組耗熱量 顯熱負荷:同系統(tǒng)1 ; ; ; ; 當x1=0.3時， ， ; 當x1=0.5時， ， 。 [如果溶液的再生熱量可以免費得到時，當x1=0.3或0.5時， ] 符號說明: -空調(diào)系統(tǒng)總負荷; -制備7℃冷水的電動制冷機的性能系數(shù); -制備18℃冷水的電動制冷機的性能系數(shù); -新風處理機組的性能系數(shù); -溫濕度獨立控制系統(tǒng)與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的耗電量之比; -溫濕度獨立控制系統(tǒng)與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的運行費用之比; -電價與熱價之比; -新風機組所承擔的負荷占總負荷的比例; -18℃冷凍水承擔顯熱負荷占總負荷的比例， 。
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